動物蛋白類混凝土發(fā)泡劑的制備與發(fā)泡性能測試

摘要 : 以 氫氧化鈉、鹽酸和人發(fā)為主要原料制備xK型動物蛋白混凝土發(fā)泡劑，以十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、十二烷基硫酸鈉(SDS)和明膠3種穩(wěn)泡劑對合成發(fā)泡劑進(jìn)行復(fù)配改性，并對復(fù)配發(fā)泡劑的穩(wěn)泡性能進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明，這3種穩(wěn)泡劑能不同程度提高合成發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性，其中以LAS與明膠復(fù)配的改性作用最好。

關(guān)鍵詞:動物蛋白發(fā)泡劑;穩(wěn)泡劑;泡沫混凝土

中圖分類號:TU528.042.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1001一702X(20()7)07一0008一03

0 引言

　　泡沫混凝土具有流動性高、自重輕、消耗資源少和保溫隔熱性能卓越等優(yōu)點，因此，作為一種功能材料可廣泛應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域1。在生產(chǎn)中，泡沫混凝土是以水泥、石灰、粉煤灰、砂和外加劑為主要原料經(jīng)摻合均勻后，加入適量水充分?jǐn)嚢柚瞥闪蠞{，同時迅速將發(fā)泡劑水溶液經(jīng)發(fā)泡機(jī)制成泡沫吹入，經(jīng)混合攪拌，澆筑成型，養(yǎng)護(hù)而成一種內(nèi)部含有大量封閉氣孔的“密孔”輕質(zhì)建筑材料閉。生產(chǎn)高性能泡沫混凝土，優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑必不可少，要求發(fā)泡劑同時具有成本低廉、原材料易得、起泡力高和技術(shù)應(yīng)用可行等特點闊。

　　國內(nèi)的混凝土發(fā)泡劑主要有:松香膠發(fā)泡劑、樹脂皂類發(fā)泡劑等樹脂類，廢動物毛發(fā)泡劑、水解血膠發(fā)泡劑、動物角質(zhì)發(fā)泡劑等動物蛋白類[2l，復(fù)合發(fā)泡劑間等。但總體來說目前國內(nèi)的發(fā)泡劑存在泡沫穩(wěn)定性低，泡沫混凝土制品強(qiáng)度不高等問題，使得泡沫混凝土的開發(fā)應(yīng)用受到一定限制。國外在發(fā)泡劑的制備和性能改善方面做了大量的研究回，美國、俄羅斯、日本等相繼開發(fā)出高效蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑卜121。我國現(xiàn)有的發(fā)泡劑與國際上比較成熟的動物蛋白類發(fā)泡劑相比，存在很大差距，有待于進(jìn)一步改進(jìn)和提高。鑒于此，本文開展了XK型動物蛋白類混凝土發(fā)泡劑的合成、復(fù)配及性能分析等研究工作。

1 實驗

1.1 主要原料

　　氫氧化鈉:AR，成都市聯(lián)合化工試劑研究所;鹽酸:AR，成都新都海興化工試劑廠;十二醇、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(LAS)，AR，成都科龍化工試劑廠;明膠，工業(yè)級，成都科龍化工試劑廠。

1.2 動物蛋白發(fā)泡劑的合成

　　動物蛋白發(fā)泡劑的制備己有文獻(xiàn)報道陽3]。本文利用氫氧化鈉和人發(fā)水解，再加稀鹽酸中和制備出XK型動物蛋白混凝土發(fā)泡劑(以下簡稱XK型發(fā)泡劑)。將人發(fā)、氫氧化鈉和十二醇以一定比例混合加入裝有溫度計、機(jī)械攪拌器、回流冷凝管的三口瓶中，70~80℃水浴反應(yīng)5一7h，將產(chǎn)物冷卻、過濾，用鹽酸中和濾液，之后在80刁0℃水浴反應(yīng)3h，冷卻、過濾后即制得發(fā)泡劑母液。

1.3 發(fā)泡劑性能測試

　　本試驗采用國外普遍使用的測試方法閻對發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)、沉陷距和泌水量等性能進(jìn)行測試。pH值、固含量和相對密度按GB汀8077一2叨0(@凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方澎進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.IXK型發(fā)泡劑配方的確定

　　XK 型 發(fā)泡 劑的性能受到很多因素的影響，為確定各因素的最佳值及影響目標(biāo)的主次關(guān)系，特設(shè)計3水平4因素的正交試驗。本試驗以Na0H、人發(fā)、HCI和十二醇的不同配比為4因素，每個因素取3個水平，以此設(shè)計腸(3今正交試驗(見表D。實驗考察的目標(biāo)為發(fā)泡倍數(shù)、沉陷距和泌水量。各因素不同配比對發(fā)泡劑性能的影響及極差分析見表1

　　發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)、沉陷距和泌水量等性能是衡量泡沫性能的3大重要指標(biāo)，通常認(rèn)為最理想的發(fā)泡劑應(yīng)是沉陷距和泌水量最小(即持久性最好)、發(fā)泡倍數(shù)最大。一般認(rèn)為，lh后泡沫的沉陷距不大于10mm，lh的泌水量不大于80ml，發(fā)泡倍數(shù)不小于20的為優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑。

　　由表 1 中 各因素極差大小可以看出:(l)對發(fā)泡倍數(shù)影響的主次順序為:人發(fā)>Na0H二HCI二十二醇，人發(fā)為主要因素，隨著人發(fā)用量的增加，自制發(fā)泡劑產(chǎn)生的泡沫越細(xì)膩豐富，故發(fā)泡倍數(shù)越大。(2)對沉陷距影響的大小因素為:人發(fā)>NaOH>HCI>十二醇，HCI、十二醇的影響相對較小，人發(fā)還是主要影響因素，Na0H的影響也較大。隨著人發(fā)量的增加，自制發(fā)泡劑產(chǎn)生的泡沫孔徑越小，越穩(wěn)定性持久。故沉陷距越小。(3)對泌水量影響的大小順序為:人發(fā)>Na0H>HCI>十二醇，人發(fā)仍然是主要因素，泡沫越細(xì)膩豐富，越穩(wěn)定持久，發(fā)泡倍數(shù)越大，沉陷距越小，因此泌水量越小。綜合上述試驗分析結(jié)果可知，5號、9號配方相對較好。

2.2 發(fā)泡劑泡沫性能研究

2.2.1 泡沫性能測試

　　對自制 、市 售和改性發(fā)泡劑泡沫性能測試分析結(jié)果如表

2所示。

　　在自制發(fā)泡劑溶液中加入LAS，溶液起泡力變強(qiáng)，泡沫細(xì)膩豐富，穩(wěn)定持久。如果和明膠復(fù)配使用效果更好。由表2對比可知，動物蛋白性發(fā)泡劑的沉陷距、泌水量和發(fā)泡倍數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)，其中以自制XK型發(fā)泡劑加入穩(wěn)泡劑B的性能最佳，這和理論是相符合[l4];而植物性發(fā)泡劑的起泡力最大，但是穩(wěn)泡性能較差。

2.2.2 穩(wěn)泡劑對泡沫穩(wěn)定性的影響

　　目前普遍認(rèn)為泡沫中液體析出和氣體穿透液膜擴(kuò)散是導(dǎo)致泡沫衰變的主要因素[l8。換言之，泡沫的穩(wěn)定性主要取決于液體析出的快慢和液膜的強(qiáng)度，因此可以選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡劑，以降低液相的表面張力，增加液膜的強(qiáng)度和彈性;同時加入穩(wěn)泡劑，提高泡沫穩(wěn)定性。因為液膜的表面薪度決定了泡沫的穩(wěn)定性。加入合適的穩(wěn)泡劑可使液體有適當(dāng)?shù)男蕉?。本試驗通過添加穩(wěn)泡劑LAS、SDS、明膠及LAS和明膠復(fù)配來改善發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性。穩(wěn)泡劑及其摻量對發(fā)泡劑泡沫穩(wěn)定性的影響見圖1一圖4

　　由圖 1 一圖 4可以看出，加入3種穩(wěn)泡劑(LAS、SDS、明膠)及LAS和明膠復(fù)配物后，發(fā)泡劑溶液的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性均比未摻穩(wěn)泡劑有不同程度的提高。

　　(l) 在 自制 發(fā)泡劑溶液中加入LAS，觀察到溶液的起泡力增強(qiáng)，泡沫細(xì)膩豐富，穩(wěn)定持久。由Laplace公式可知，液膜的助place交界處與平面膜之間的壓差和表面張力成正比，表面張力低則壓差小，因此排液速度慢，液膜變薄速度慢，有利于泡沫穩(wěn)定[1q。由圖1可知，當(dāng)發(fā)泡劑中摻入0.1%的LAS、放置時間為lh時，泡沫穩(wěn)定性明顯低于其它的發(fā)泡劑，穩(wěn)定性較差;摻量為0.25%時泡沫的穩(wěn)定性最好，Zh后的泡沫仍較穩(wěn)定，且在4h時泡沫穩(wěn)定性大于未摻試樣。

　　(2) 由圖 2 、圖3可見，SDS在摻量為0.25%時改善泡沫穩(wěn)定性效果最佳;明膠在摻量為0.1%時，改善泡沫穩(wěn)定性效果最佳。因為SDS是一種表面活性劑，極易溶于水，有良好的乳化、起泡性能;明膠是組成復(fù)雜的兩性物質(zhì)，常用作乳化劑和穩(wěn)定劑ln。加入SDS和明膠后使得母液相應(yīng)地變稠，制得的泡沫質(zhì)量較高，透氣性較小，使泡沫的穩(wěn)定性增強(qiáng)。但摻量繼續(xù)增大，液相的赫度不斷增大，克服粘滯阻力做的功也增大，起泡力降低，且摻量太大，液膜中液體的比重增加，這時重力作用下泡沫容易破裂而析水，從而使穩(wěn)定性降低[lg]。

　　(3) 由圖 4 可見，復(fù)配摻入0.25%的LAS和明膠發(fā)泡液泡沫穩(wěn)定性最好，Zh后泡沫排液依然較慢，泡沫更加細(xì)膩豐富，穩(wěn)定持久。加入復(fù)配的LAS和明膠后母液變稠，勃稠度較大，透氣性較小，從而泡沫的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

3 結(jié)語

　　(l) 采用 人 發(fā)制備的XK型動物蛋白發(fā)泡劑成本較低，能大量生產(chǎn)，而且不易變質(zhì)，對環(huán)境比較友好。

　　(2) 在合 成 動物蛋白發(fā)泡劑中，分別加入0.25%十二烷基苯磺酸鈉、0.1%明膠或0.25%十二烷基硫酸鈉等穩(wěn)泡劑，泡沫的穩(wěn)定性均有明顯提高，其中，以十二烷基苯磺酸鈉和明膠復(fù)配使用效果最好，對發(fā)泡劑起到了很好的改性作用。